[发明专利]低熵混燃高超临界热动力系统

说明书

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种低熵混燃高超临界热动力系统。

技术背景

外燃热动力系统目前应用十分广泛，如热电厂等，但是目前最先进超超临界的外燃热动力系统的工质温度也仅有630度左右，其原因是外燃加热方式所致，因为热量要穿过锅炉的传热壁，所以锅炉传热壁不仅要承受工质的高压作用，而且还要承受高于工质温度的高温作用，所以在现有材料技术的前提下，无法使工质的温度和压力继续提高。因此，急需发明一种具有更高工质温度和压力的热动力系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

一种低熵混燃高超临界热动力系统，包括锅炉、锅炉工质腔、作功机构和燃烧室，所述燃烧室上设有燃烧室工质入口、燃烧室工质出口、氧化剂入口和燃料入口，氧化剂源经氧化剂高压供送系统与所述氧化剂入口连通，燃料源经燃料高压供送系统与所述燃料入口连通，所述燃烧室全部设置在所述锅炉工质腔内或所述燃烧室部分设置在所述锅炉工质腔内或所述燃烧室设置在所述锅炉外；

所述锅炉工质腔与所述燃烧室工质入口连通，所述燃烧室工质出口与所述作功机构连通。

在所述燃烧室工质入口处设增压器，所述增压器对所述燃烧室内的工质增压。

在所述燃烧室工质出口处设动力单元，所述动力单元对所述增压器输出动力。

所述作功机构对所述增压器输出动力。

所述作功机构与发电机连接。

所述低熵混燃高超临界热动力系统还包括冷凝冷却器，所述作功机构的工质出口与所述冷凝冷却器的被冷却流体入口连通，所述冷凝冷却器的被冷却流体出口与液体高压回流泵的入口连通，所述液体高压回流泵的出口与所述锅炉工质腔连通，在所述液体高压回流泵的作用下被所述冷凝冷却器液化的工质回流到所述锅炉工质腔内。

在所述冷凝冷却器的被冷却流体出口处设不凝气体导出口。

在所述冷凝冷却器的被冷却流体入口处和/或在所述冷凝冷却器的被冷却流体出口处设余量工质导出口。

所述动力单元与所述增压器同轴设置。

所述作功机构与所述增压器同轴设置。

所述作功机构设为动力透平或设为活塞式作功机构。

所述增压器设为叶轮式压缩机或活塞式压缩机。

所述动力单元设为叶轮式动力单元或活塞式动力单元。

所述燃料源内的燃料设为碳氢化合物、碳氢氧化合物或设为氢气。

所述氧化剂源内的氧化剂设为液氧、高压气态氧或过氧化氢水溶液。

所述燃料源内的燃料设为金属燃料，在所述燃烧室内和/或在所述作功机构前和/或在所述作功机构后设工质金属化合物分离器。

所述冷凝冷却器设为晾水塔。

在所述作功机构的工质出口处设回热器。

所述增压器设为叶轮式压缩机，所述作功机构设为动力透平，所述动力透平对所述叶轮式压缩机输出动力，所述叶轮式压缩机、所述燃烧室和所述动力透平的高压区设在所述锅炉工质腔内。

所述燃烧室工质入口设为冲压发动机的进气口，所述燃烧室设为冲压发动机燃烧室，所述燃烧室工质出口设为冲压发动机扩压区气体出口。

本发明的原理是将由所述锅炉工质腔产生的高温高压工质在所述燃烧室内通过相内加热的方式(即燃烧反应在来自锅炉工质腔的工质中进行)使工质吸收热量提高温度，或者将来自锅炉工质腔的高温高压工质经所述增压器增压后在所述燃烧室内通过相内加热的方式使工质的温度和压力都进一步提高，升温后或升温升压后的工质进入所述作功机构对外作功。

本发明所公开的低熵混燃高超临界热动力系统，不仅可以提高热动力系统的效率，而且还可以有效利用粗糙燃料(如煤、生物质等)和精细燃料(如汽油、柴油、氢气、金属燃料等)，使燃料资源得到更加充分的利用。

本发明所公开的低熵混燃高超临界热动力系统，所谓的金属燃料是指直接与氧发生剧烈化学反应的金属或与水反应产生氢气(氢气与氧发生化学反应)的金属，例如金属铝或金属镁等。金属燃料的使用的主要目的是规避在燃烧后产生不凝气二氧化碳；所谓的工质金属化合物分离器是指将金属燃料燃烧后产生的金属化合物进行分离的装置。

本发明所谓的冲压发动机的进气口是指冲压发动机进气道的空气入口，所谓的冲压发动机燃烧室是指由冲压发动机进气道进入的气体经扩压区增压后的气体所在的空间，所谓的冲压发动机扩压区气体出口是指冲压发动机中进入喷管之前的气体高压区。这一结构的目的是利用冲压发动机进气道将工质加速再经扩压区增压后经所述燃烧室增温后提高工质的作功能力。